JPH0985406A - 連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】連続鋳造方法を提供する。 【解決手段】上部に複数のスリットを有する水冷構造の
金属製鋳型、スリットの外側にその間隙を介して鋳型内
側の溶融又は凝固金属の輝度を検出する複数の光学検出
装置等を備えた連続鋳造装置を用いて、前記の光学検出
装置により、前記輝度の鋳造方向位置による変化を入力
信号として、供給する溶融金属の流量及び／又は鋳型内
の溶融金属の流動形態を制御する方法。 【効果】溶融金属と鋳型との接触開始位置を特定し、そ
の位置の異方性を正す情報を得て、この位置を安定させ
ることができる。得られた鋳片では、表皮下の介在物数
及び表面縦割れ長さが減少する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、金属製の鋳型内
に導入された溶融金属を連続的に鋳造する装置におい
て、溶融金属と鋳型内面との接触に近い位置を検知し
て、鋳造期間にわたり所定の上記位置を維持し、かつ安
定させる方法を用いる連続鋳造に関する。

【０００２】溶融金属と鋳型内面との間には溶融または
凝固状態の潤滑剤が存在しているため、定常鋳造状態下
では厳密には両者は接触することはないが、本発明では
以下、上記の「接触に近い」を単に「接触」という。

【０００３】

【従来の技術】浸漬ノズルを介して溶融金属を鋳型内に
導入して連続鋳造を行う場合、鋳型と溶融金属とが接触
を開始する位置が変動すると、1)未溶融の潤滑剤が粉末
状態のままで鋳型と鋳片との間隙に供給される、2)鋳型
に付着した潤滑剤の塊が鋳型から剥離し溶融金属に巻き
込まれる、等の現象が起こり、鋳片の品質に悪影響を及
ぼす。つまり、鋳型と溶融金属との接触位置を、定常鋳
造状態下で最初に形成された所定の位置に鋳造期間中に
おいて維持できるように高い精度で制御することが、品
質に優れた鋳片を得るために必要不可欠である。

【０００４】従来、鋳型内湯面高さ（溶鋼面の位置また
はレベル）を検知する手段としては、超音波、マイクロ
波、レーザーおよび渦流センサー等が使用されてきた。
ところが超音波は温度の影響を受け易い。マイクロ波は
精度の点で問題がある。またレーザーは溶融潤滑剤の層
厚の影響を受けるので、溶融金属の正確な湯面高さを検
知することは難しい。現在、渦流センサーが広く使用さ
れているが、電磁場の外乱を受け易いのが最大の欠点で
ある。

【０００５】特開平１−２６６９５２号公報には、鋳型
内に埋め込んだコイル及びそれに接続された、コイルの
インダクタンスを測定する機器を用いて鋳型内の湯面位
置を検出する方法が開示されている。この方法では、コ
イルが鋳型内に埋め込んであるため溶鋼と鋳型との接触
位置に関する情報が得られる可能性があるが、周波数は
銅製鋳型内での磁場の表皮効果を避けるために100 Ｈz
以下に限定されるとともに、インダクタンスの測定は電
磁場による外乱の影響を受けやすい。

【０００６】特開平３−２７５２５７号公報では、湯面
レベル相当高さの位置に鋳型を外周する態様にコイルを
配し、ＬＣ回路の共振現象を利用してこのコイルに高周
波電流を供給しながら、鋳型内で液体金属を凝固させる
か、または固体金属を一旦溶解した後、凝固させる金属
の連続鋳造法において、高周波電源の共振周波数を検出
し、その周波数が予め定めた値になるように液体または
固体金属の供給速度を調整することにより、湯面高さを
一定に維持する方法が開示されている。

【０００７】特開平６−１２２０５６号公報では、上記
特開平３−２７５２５７号公報と類似の装置構成であっ
て、ソレノイドコイルのインダクタンスあるいは誘起電
圧を測定し、そのデータを基に湯面レベルを制御する方
法が開示されている。

【０００８】しかし、上記二つの開示例では、鋳型と溶
融金属とが接触を開始する点を直接見いだすことができ
ず、間接的に鋳型内溶融金属の平坦な表層面の高さを検
知することになる。さらに湯面高さの異方性を検知する
ことができない。したがって、鋳型内湯面高さの変動を
充分抑制することができず、前述のように鋳片の品質が
悪化する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、単なる湯面
制御における上記のような問題を解決するためになされ
たものである。本発明の目的は、溶融金属と鋳型とが接
触を開始する位置を検出するとともに、その位置を制御
することが可能な手段を用いて、鋳造期間にわたって所
定の上記位置を安定させることにより、鋳片の品質向上
を達成することができる連続鋳造方法を提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】下記〜を備えた連続
鋳造装置を用いて、下記の光学検出装置により、金属
の輝度の鋳造方向の位置による変化を入力信号として、
鋳型内に供給する溶融金属の流量および／または鋳型内
の溶融金属の流動形態を制御することを特徴とする金属
の連続鋳造方法。

【００１１】溶融金属を鋳型に供給するノズル 上記ノズルを通過する溶融金属の単位時間当たりの流
量を制御する装置 鋳型の上部に鋳造方向に沿って設けた複数のスリット
により形成された間隙を有する内部水冷構造の金属製鋳
型 上記スリットの外側にスリットの間隙を介して鋳型内
側の溶融または凝固状態にある金属の輝度を検出する複
数の光学検出装置 鋳型上部の溶融金属の表面に潤滑剤を供給する装置 鋳型を引き抜き方向に沿って振動させる装置

【００１２】

【発明の実施の形態】図１に基づいて本発明方法を実現
するための装置構成例を説明する。図１は、鋳型と溶融
金属との接触開始位置を検出し、その位置を制御するた
めの連続鋳造装置の構成例を概念的に示す斜視図および
制御回路図である。

【００１３】図１の例は、少なくとも次の装置から構成
されている。

【００１４】溶融金属12を内部水冷構造の金属製鋳型
３に供給する浸漬ノズル１ ノズル１を通過する溶融金属12の単位時間当たりの流
量を制御するスライディング・ゲート２ 上部に鋳造方向に沿って設けた複数のスリット６によ
り形成された間隙を有する内部水冷構造の金属製鋳型３ このスリット６の外側にその間隙を介して鋳型３の内
側の溶融または凝固状態にある金属の輝度を検出する複
数の光学検出装置７ 鋳型３の上部の溶融金属の表面に潤滑剤を供給する装
置４ 鋳型３を引き抜き方向に沿って振動させる鋳型振動装
置５ 更にこの例のように、鋳型３の長辺壁下部の周囲に静磁
場発生電磁石14を備えるのが望ましい。この静磁場発生
電磁石14の替わりに電磁コイルなどを用いることもでき
る。

【００１５】内部水冷構造の金属製鋳型３の上部には、
鋳造方向に沿って複数のスリット６により形成された間
隙を有し、複数の静磁場発生電磁石14が鋳型３の長辺壁
周囲に配置されている。さらに、鋳型３は鋳型振動装置
５の上に配置され、鋳型３の上方には潤滑剤供給装置４
が配置されている。

【００１６】溶融金属12は、浸漬ノズル１を介してスラ
イディング・ゲート２により流量の制御を受けつつ鋳型
３の中に供給される。同時に、鋳型３内で表層部が凝固
した鋳片15は所定の速度で下方に引き抜かれる。また、
鋳型３内の溶融金属12の表層には潤滑剤８が供給され、
一般に潤滑剤８は溶融金属12の表層では未溶融状態で、
溶融金属と接触する部分では溶融状態にある。図２に鋳
型と溶融金属とが接触を開始する部分を概念的に示す。

【００１７】図２は、鋳型と溶融金属とが接触を開始す
る部分を概念的に示す要部の縦断面図である。供給され
た潤滑剤８は、溶融金属12の表層では未溶融の潤滑剤
８、溶融金属と接触する部分では溶融潤滑剤９となる。
さらに、溶融潤滑剤９が鋳型３と接する部分は、鋳型３
による抜熱の影響を受けて固体状態の潤滑剤10となる。

【００１８】そして鋳型３は、図１に示す鋳型振動装置
５により鋳片15の引き抜き方向に沿って振動する。ま
た、溶融金属12は鋳型３に接近したところでは凝固して
初期凝固殻11を形成する。その結果、溶融潤滑剤９は鋳
型３と初期凝固殻11との間隙に流入し、鋳片15の引き抜
き抵抗を緩和する。

【００１９】このような状態で、図１に示すように鋳型
３に設けたスリット６に複数の光学検出装置７を挿入す
る。光学検出装置７は、図２に示すとおり複数の独立し
た光学センサー13の集合体から成る。光学センサー13と
しては、光ファイバーを用いるのが望ましい。

【００２０】光学センサー13の先端は、溶融金属と直接
接触すると損傷を受けるので、鋳型３の内面からその外
面に向けて所定の長さＬだけ後退して配置されている。
図２において符号Ｄは鋳型３の壁厚さであるとともに、
図１に示すスリット６の深さである。すなわち、光学セ
ンサー13の先端のスリット内への挿入深さは（Ｄ−Ｌ）
である。このように光学センサー13を鋳型３内に埋め込
むような状態で設けることにより、溶融金属12からの輻
射熱の影響が軽減される。図２に示す構造の場合におけ
るＡ−Ａ′矢視の断面は概ね図３のようになる。

【００２１】図３は図２における線Ａ−Ａ′部の断面図
である。光学検出装置７は、図示するように自在変形状
の光学センサー13が縦方向に並んだ集合体であり、その
先端を鋳型３に設けたスリット６内に埋め込むような状
態で挿入される。

【００２２】本発明方法は、上記のような構成の装置に
おいて、光学センサー13を備えた光学検出装置７によ
り、金属の輝度の鋳造方向の位置による変化を入力信号
として鋳型と溶融金属とが接触を開始する位置を検出
し、鋳型内に供給する溶融金属の流量または／および鋳
型内の溶融金属の流動形態を制御し、その結果、鋳型と
溶融金属との接触開始位置を安定させることを可能にす
るものである。

【００２３】一般に溶融金属が鋳型に接触し、凝固を開
始する点の輝度が最も強い。この点は、図２に示す初期
凝固殻11の形成が始まる点Ｐで表される。なぜなら、点
Ｐより上方では溶融金属12は表面張力等により鋳型３か
ら離反すると共に、鋳型３に近い間隙を固体状態の潤滑
剤10が占めており、鋳型３への熱流束が緩和されるから
である。また点Ｐより下方では、溶融金属12と鋳型３の
間に初期凝固殻11が成長するので、鋳型３への熱流束が
やはり緩和される。以上の理由により、点Ｐの輝度が最
も強くなるのである。

【００２４】図４は、一つのスリットにおける光学検出
装置の出力の、鋳造方向すなわち高さ方向に沿う変化を
示す図である。縦軸は配置された光学センサー13の高さ
に相当する。図示するように、ちょうど点Ｐに相当する
高さのところで、輝度の出力は最大値を示す。

【００２５】したがって、図２および図３に示すように
スリット６内に高さ方向に複数で配置された光学センサ
ー13を用いて、図４に示すようにその高さ位置毎の金属
輝度を測定することで、鋳造方向の位置の輝度分布の最
大値により、溶融金属と鋳型とが接触を開始する位置を
知ることができる。

【００２６】光学センサーにより検出する波長領域は、
必ずしも可視光領域に限定するわけではない。鋳型内面
と溶融金属との間に厚さ１mm以下の潤滑剤の層が存在す
るので、むしろ赤外または遠赤外等の波長領域を用いる
のが望ましい。

【００２７】溶融金属と鋳型とが接触を開始する位置を
制御して安定させるための、鋳型内に供給する溶融金属
の流量および／または鋳型内の溶融金属の流動形態の制
御は次のような方法で行う。これを図１により説明す
る。

【００２８】鋳型３内に供給する溶融金属12の流量は、
輝度測定器により各光学センサーから検出した輝度の鋳
造方向の位置による変化をマイクロコンピュータに入力
した後、この入力信号に基づいて制御ユニット、次いで
スライディング・ゲート２の駆動装置を介してスライデ
ィング・ゲート２を開閉して行う。この流量制御を主に
行うことにより、鋳型３内の溶融金属の過度の流動も抑
制することができる。

【００２９】供給する溶融金属12の流量を鋳造速度にみ
あうように一定として、鋳型３内の溶融金属12の流動形
態を制御しようとする場合は、静磁場発生磁石14または
電磁コイルなどを設置して、これに印加する電流の大き
さを制御するのが望ましい。

【００３０】すなわち、溶融金属12が鋳型３内で鋳型３
の壁に衝突して自由表面が隆起した結果、接触開始位置
が高くずれた場合には、印加電流をさらに増加させ、い
わゆるブレーキ作用を発現させることによって衝突によ
る自由表面の隆起を抑制するのがよい。

【００３１】このような制御方法により、浸漬ノズル内
の非対称流れに起因する、鋳型内における特定方向の溶
融金属の流量の増加、すわわち異方性を検知することが
できる。この結果、鋳型内の溶融金属の流動形態の制御
を効果的に行うことが可能となる。

【００３２】鋳型３内の溶鋼隆起にブレーキ作用を発現
させる前記のような静磁場発生磁石14などをも備えた連
続鋳造装置においては、供給する溶融金属12の流量制御
を併用することも可能である。この場合には、前記接触
開始位置の安定化効果が一層高くなる。

【００３３】光学検出装置７およびスリット６の設置は
複数とすることが好ましい。さらに望ましいのは、光学
検出装置７では鋳型３の短辺壁に１〜３セット程度、鋳
型３の長辺壁に３〜６セット程度である。鋳型３の上部
におけるスリット６の望ましい設置位置は、目的とする
接触開始位置の±200mm の範囲内である。

【００３４】上記のような装置および制御方法により、
鋳型と溶融金属との接触開始位置を安定させ、潤滑剤が
溶融金属に巻き込まれるのを防止することができる。

【００３５】

【実施例】図１に示す構成の連続鋳造装置を用いて偏平
長方形断面の鋼鋳片を製造した。

【００３６】連続鋳造装置の諸元および鋳造条件は以下
のとおりである。

【００３７】 1)鋳型：厚さ200mm ×幅 1800mm ×長さ 900mm 水冷、材質は銅） 2)スリット：幅0.2mm 、長さ200mm （短辺壁に１本、長辺壁に３本、計８本） 3)浸漬ノズル：内径30mm 4)溶鋼過熱度：15℃ 5)溶融潤滑剤のプール厚さ：10mm 6)鋳型振動：ストローク８mm、振動数 160cpm 7)鋳造速度：2.0m/min 8)光学検出装置：各スリット位置に計８セット 9)光学センサー：光ファイバー （波長特性 0.3〜100 μm 、直径0.5mm 、数は 390本／
スリット） 10) 静磁場発生電磁石：400mm ×400mm を４個 11) 溶鋼組成(mass%):Ｃ=0.12 、Si=0.22 、Mn=0.45 、
Ｐ=0.03 、Ｓ=0.03 、Fe= 残部 12) 潤滑剤組成(mass%):SiO₂=39.4 、CaO=35.3、Al₂O₃=
7.1 、Fe₂O₃=1.0 、 Na₂O=5.4 、MgO=4.3 、FreeＣ=4.1 鋳造に際しては鋳型に常温の冷却水を供給しつつ、鋳型
の下方から198 mm×1798mmのダミーバーを浸漬ノズルの
下端まで挿入した。その後、溶鋼を浸漬ノズルを介して
鋳型内に供給して凝固殻を形成させつつ、2.0m/minの引
き抜き速度で80分間連続して引き抜くと共に潤滑剤を添
加した。

【００３８】鋳造に際して、まず、光学検出装置を使用
せず、従来の渦流センサーを用いて鋳造を行った。渦流
センサーの外乱因子による影響を見るため、鋳型内の流
動制御に通常用いられる静磁場を鋳型に印加したとこ
ろ、渦流センサーの出力が乱れた。この条件で鋳造した
鋳片には、表皮下５mmにおいて未溶融の潤滑剤と思われ
る非金属介在物が多数認められた。また、鋳片１m あた
りの縦割れの全長は0.2mであった。

【００３９】次に、光学検出装置を稼働させて溶鋼の流
量制御を行い、鋳型内溶鋼と鋳型との接触開始位置の制
御状況を試験した。このとき静磁場を鋳型に印加して
も、光学センサーの出力には乱れが認められなかった。

【００４０】光学センサー出力、すなわち輝度の鋳造方
向に沿う位置での変化は比較的鋭く、その最大値を±１
mm以下の精度で読み取ることができた。また、８セット
の光学検出装置から得られる溶鋼と鋳型との接触開始位
置は最大±20mmで変動する場合があったので、鋳型内溶
鋼面が高く、浸漬ノズル吐出流速が速い方位の静磁場の
強度を高めることで、接触開始位置の偏差を±１mm以下
に抑制することができた。一方、従来の鋳型内溶鋼面高
さの制御法では、高さの異方性に関する情報が得られな
いので、このような制御を行うことは全くできなかっ
た。

【００４１】本発明方法により鋳造した鋳片の表皮下５
mmにおいて、未溶融の潤滑剤と推定される非金属介在物
はほとんど認められなかった。また、鋳片１m あたりの
縦割れの全長は0.01mmと非常に小さかった。

【００４２】

【発明の効果】本発明方法の効果は、以下の1)〜3)のと
おりである。

【００４３】1) 溶融金属と鋳型との接触開始位置を特
定し、その位置の異方性を正す情報を得ることが可能で
ある。その結果、上記位置を鋳造中において安定させる
ことができる。

【００４４】2) 光学センサーによる接触開始位置を特
定する信号は、電磁場などの外乱の影響を受け難い。

【００４５】3) 本発明方法を適用した鋳片の表皮下の
介在物の数が極めて減少するとともに、表面の縦割れ長
さが減少する。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋳型と溶融金属との接触開始位置を検出し、そ
の位置を制御するための連続鋳造装置の構成例を概念的
に示す斜視図および制御回路図である。

【図２】鋳型と溶融金属との接触開始部分を概念的に示
す要部の縦断面図である。

【図３】図２における線Ａ−Ａ′部の断面図である。

【図４】一つのスリットにおける光学検出装置の出力の
鋳造方向に沿う変化を示す図である。

【符号の説明】

１：浸漬ノズル、 ２：スライディング・ゲート、３：
水冷鋳型、 ４：潤滑剤供給装置、５：鋳型振動装
置、６：スリット、７：光学検出装置、８：未溶融の潤
滑剤、９：溶融潤滑剤、 10：固体状態の潤滑剤、11：
初期凝固殻、 12：溶融金属、13：光学センサー、14：
静磁場発生電磁石、15：鋳片

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２２Ｄ 11/18 Ｂ２２Ｄ 11/18 Ｂ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶融金属を鋳型に供給するノズルと、ノズ
   ルを通過する溶融金属の単位時間当たりの流量を制御す
   る装置と、上部に鋳造方向に沿って設けた複数のスリッ
   トにより形成された間隙を有する内部水冷構造の金属製
   鋳型と、このスリットの外側にスリットの間隙を介して
   鋳型内側の溶融または凝固状態にある金属の輝度を検出
   する複数の光学検出装置と、鋳型上部の溶融金属の表面
   に潤滑剤を供給する装置と、鋳型を引き抜き方向に沿っ
   て振動させる装置とを備えた連続鋳造装置を用いて、前
   記の光学検出装置により、金属の輝度の鋳造方向の位置
   による変化を入力信号として、鋳型内に供給する溶融金
   属の流量および／または鋳型内の溶融金属の流動形態を
   制御することを特徴とする金属の連続鋳造方法。